金属空气电池由于其高的能量密度，高的安全性和较低的成本等优点已经成为下一代便携设备、可穿戴设备供能装置。而锌-空气电池由于负极为性质稳定、成本低廉的锌片，目前已在可穿戴微型设备中普及。但锌-空气电池的正极为空气电极，其充放电过程中需要电催化剂具有优异的氧还原反应(ORR)和析氧反应(OER)活性，通常使用较为昂贵的铂碳和氧化铱、氧化钌催化剂。单原子催化剂具有最大化的原子效率、可调控的电子性质和更多的活性位点，从而能展现出优异的催化能力，是最有可能成为高成本铂基催化剂的替代品之一。

单原子催化剂中原子级分散在碳载体的M-Nx位点催化剂通常表现出较为优异的ORR性能。然而，最近的研究表明，配位N的电负性过高，不利于中间体在金属中心的吸附，导致势垒增加，反应动力学降低。由于N原子与杂原子（B、N、P和S）之间电子自旋密度和电负性的差异，用杂原子部分取代M-Nx中的N原子，这样适当的电子偶联也是调控单原子催化剂电子结构的有效方法，可进一步提高了单原子催化剂的活性。